專利名稱：具有五邊結構的主溝鋼殼的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高爐的主溝，尤其是涉及高爐主溝的鋼殼結構。
背景技術：
傳統高爐主溝為一細長、不封頂的鋼殼，其截面一般為矩形，而主溝鋼殼通常坐落在鋪有沙子或粘土磚的出鐵場地面。矩形的鋼殼外圍四周填滿耐火材料，如沙子或磚，這樣出鐵場地面與鋼殼之間就沒有空間用于鋼殼的外部冷卻。另外，由于主溝的截面為矩形，而主溝內側由耐火材料構成的鐵水通道為U形，這樣鋼殼的不同位置(例如矩形的下角部與側邊中部)與鐵水通道之間的距離相差較大，而使得鋼殼不同部位之間的溫度差較大。這樣，由于鋼殼長時間經受較高的溫度且其不同部位之間存在有較大的溫度差，因此很容易產生扭曲、變形。而鋼殼變形則會造成其結構本身產生裂縫或使焊接點開裂，這樣在鐵水的壓力和沖擊下，主溝鋼殼結構就會遭到破壞，而導致災難性的事故，如跑鐵事故的發生。
并且，鋼殼的變形或扭曲還會對其內部的耐火材料產生擠壓作用，使耐火材料產生裂縫，空氣由該裂縫中進入，會造成耐火材料的氧化，而進一步加大了耐火材料的破壞，最終導致耐火材料整個系統的失敗。在這種情況下就要對主溝進行更換或者修理，而一個高爐主溝的鋼殼成本較高，動輒上百萬元，這樣就會使生產的成本增加，并可能會造成停產。
因此，如何延長主溝鋼殼的使用壽命及其使用的安全性，就是擺在本領域技術人員面前的一個難題。為了解決該問題，有的設計采用了中空的鋼殼，利用強制水冷或風冷對鋼殼進行冷卻，使其在使用過程中能夠保持適當的溫度。而在實際使用過程中，由于該鋼殼的夾層空間較小，可能會發生一側堵塞的情況。在這種情況下，由于一側的堵塞，未堵塞的另一側的冷卻水或冷風的流量會明顯加大，而使該側的冷卻效果加劇。這樣，鋼殼的一側因堵塞而得不到冷卻，而另一側的冷卻加劇，導致兩側的溫差加大，而使鋼殼更易變形。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種五邊結構的主溝鋼殼，其可提高主溝及其所有耐火材料背襯的安全性能、可靠性和使用維護性能，同時避免許多傳統主溝設計的缺陷與問題。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種五邊結構的主溝鋼殼，所述鋼殼的截面為由一條底邊、兩條側邊、和連接底邊和側邊的兩條斜邊的五條邊構成。
所述鋼殼內的鐵水通道為與鋼殼相似的形狀，從而使鋼殼上的各點距離鐵水通道的距離差不超過10％。
所述鋼殼外部與地面之間形成一冷卻通道。
支撐該鋼殼的地面上設置有進氣孔，而鋼殼是上端設置開口，而使冷卻空氣從下部的進氣孔進入，而從鋼殼上端排出。
所述進氣孔(4)為間隔設置的多個進氣孔。
所述開口(5)為間隔設置的多個進氣孔。
本發明的優點是1.本發明的五邊結構鋼殼采用″有限元分析″對主溝鋼殼及其所有耐火材料背襯的溫度場分布做出精確的預測，實現了主溝、耐火材料背襯的幾何形狀的最優設計(五邊結構)，確保了溫度場的均勻的輻射狀分布，最終保護鋼殼，避免了傳統設計中鋼殼底部兩個直角與底部、側壁之間的嚴重不等溫而導致的擠壓、扭曲。
2.本發明的五邊結構鋼殼非常有助于減輕鋼殼的重量(因三角形任意兩邊(原矩形鋼殼構成角部的部分邊)之和大于第三邊(本發明的斜邊))，同時減輕了內側耐火材料的重量(平均減少10％-15％)，從而大幅度減輕了整個主溝的重量，從而節省了材料的費用。
3.本發明的五邊結構鋼結構外側的、受控的自然風冷或強制對流風冷冷卻空氣從鋼結構底部進入，沿著鋼結構兩側上沿流出，使鋼結構的溫度穩定地、均勻地降到最低，鋼殼所受到的擠壓降到最小，同時降低因化學反應(溫度越低，反應越溫和)產生的耐火材料損耗，大幅度延長工作層澆注料的壽命。而且，由于鋼殼與出鐵場平臺之間的冷卻通道具有足夠空間，不會發生傳統設計中冷卻通道堵塞、鋼殼兩側冷卻不均勻導致的其縱向嚴重變形的問題。
4.通過對高爐出鐵條件和主溝操作條件的詳盡分析，精確計算動態流動條件，為最佳溝形和尺寸提供設計數據，將湍流和耐火材料損耗降到最少，實現鐵/渣分離的最佳化。
下面結合附圖及具體實施例的說明，可對本發明的目的、優點及其他特征更清楚地了解。
圖1是帶有通風通道的本發明五邊結構的主溝的截面圖；圖2是使用本發明五邊結構的主溝的溫度分布圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明的實施例。
圖1示出了本發明的五邊結構的主溝的截面圖。從圖中可以看出該主溝的截面不是傳統技術的矩形，而是五邊形的結構。所述的五邊形的結構是指構成主溝鋼殼的鋼板邊數，即一底邊2、兩個側邊1、以及連接底邊2與兩個側邊1的斜邊3，共計5條邊。而整個鋼殼是由延截面縱向延伸的5塊鋼板構成，而不是現有技術中3塊鋼板構成。該鋼殼的截面不同位置的截面即可以是相同面積的截面，也可以延其縱向變化截面，即從高爐的一端向出鐵口端逐漸縮小或者變大。同樣，該五邊結構也可采用與相似的其他結構，如U形結構，但從制造的可行性及成本考慮，優選采用五邊結構。
本實用新型的五邊結構的主溝，從截面上看其兩斜邊與被去掉的原矩形主溝的部分底邊和側邊構成兩個三角形，該兩個三角形較佳為等腰三角形，即去掉的底邊與側邊的長度相等，當然也可為不等腰三角形。較佳地是，該兩個三角形形狀相同。該斜邊的兩個點的位置可以是根據截面形狀的需要進行任意選擇，較佳為自底邊與側邊的相交點其向底邊或者側邊內延伸1/8-1/3的邊長。
由于本發明主溝的鋼殼截面在其底邊2和兩側邊1之間設置了兩條斜邊3，而將原來的矩形結構的兩個位于底部的角去掉。從幾何學原理可知，該斜邊的長度小于其所替代的部分側邊1和底邊2的長度。因此，鋼殼所使用的材料較原來鋼殼的材料少。并且本發明五邊結構主溝鋼殼的截面面積也小于原矩形結構的面積，即減小原矩形鋼殼的部分側邊與本發明斜邊構成的兩個三角形區域，而使所使用的耐火材料也比原來的少。這樣，即可減少整個主溝的重量以防止主溝溝底變形，又可減少主溝鋼結構用鋼材數量及耐火材料的費用。
本發明的主溝鋼殼內部的耐火材料形成的鐵水通道7可以為傳統的U形，也可以為與鋼殼相似的形狀，即五邊結構。從而使主溝鋼殼上各點距鐵水通道的距離差值比現有技術中的矩形鋼殼的小，尤其是消除了原矩形鋼殼的下角部和側邊與鐵水通道之間的距離差值，這樣可減小鋼殼各處之間的溫差，由此減小鋼殼變形的可能。本發明的主溝鋼殼上各點距鐵水通道的距離的差值為10％以下為佳。圖2示出了使用本發明五邊結構鋼殼內耐火材料溫度場及主溝的溫度示意圖。作為一實施例，從圖中可以看出，在通風條件下，鋼殼斜邊3處的溫度與底邊2和側邊1的溫度保持基本相同，即側邊1、底邊2的溫度為70度，斜邊3不同位置的溫度分別為72度和70度。
本發明還可以在鋼殼下面的支撐結構設置有進氣孔4，而在鋼殼的底邊2和側邊1外側設置有通風通道6，而在側邊1的上端設置有開口5，以供冷卻空氣排出。這樣，在生產過程中，冷空氣從底部的進氣孔4中進入，而從上端的排氣開口5中排出，以冷卻鋼殼。由于采用了上述冷卻空氣從底部進入而從上端排出的結構，而非如現有技術一樣采用一端進氣，另一端排氣的結構，因此，在使用過程中，冷卻通道6不會發生堵塞，從而改善了冷卻效果，減少了鋼殼變形的可能。而從底部進氣，上端排氣也符合空氣流動的原理，使冷卻效果更好。
設置在鋼殼下面的支撐結構的進氣孔可以是連續設置的一個也可以是間隔設置的多個。同樣，側邊1的上端設置的開口5可以延側邊1連續設置，也可以間隔地設置成多個出氣開口5。
權利要求
1.一種五邊結構的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼的截面為由一條底邊(2)、兩條側邊(1)、和連接底邊(2)和側邊(1)的兩條斜邊(3)的五條邊構成。
2.根據權利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼內的鐵水通道(7)為與鋼殼相似的形狀，從而使鋼殼上的各點距離鐵水通道(7)的距離差不超過10％。
3.根據權利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼外部與支撐結構之間形成一冷卻通道(6)。
4.根據權利要求1所述的主溝鋼殼，其特征在于所述鋼殼底部的支撐結構設置有進氣孔(4)，鋼殼上端設置有開口(5)，而使冷卻空氣從下部的進氣孔(4)進入，從鋼殼上端開口(5)排出。
5.根據權利要求4所述的主溝鋼殼，其特征在于所述進氣孔(4)為間隔設置的多個進氣孔。
6.根據權利要求4所述的主溝鋼殼，其特征在于所述開口(5)為間隔設置的多個進氣孔。
全文摘要
本發明涉及一種五邊結構的主溝鋼殼，所述鋼殼的截面由一底邊(2)、兩條側邊(1)、和連接底邊(2)和側邊(1)的兩條斜邊(3)構成。本發明的主溝鋼殼可提高主溝及其所有耐火材料背襯的安全性能、可靠性和使用維護性能，同時避免許多傳統主溝設計的缺陷與問題。
文檔編號C21B7/14GK1690225SQ20041003724
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月29日 優先權日2004年4月29日
發明者R·G·布倫尼曼, V·D·雷斯蒂沃 申請人:聯合礦產(天津)有限公司